【摘 要】
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抬升-风化假说揭示了青藏高原抬升在晚新生代全球变冷过程中的重要作用,并明确了造山带风化过程在阐述构造-气候相互作用理论中的基础地位。化学风化速率能够与物理侵蚀速率的增加保持同步是抬升-风化假说的重要理论前提,然而这一前提是否在广泛的环境背景下成立尚存在争议。化学损耗分数（CDF）是表征化学风化速率与物理侵蚀速率之间关系的有效指标,能够直接揭示地貌演化尺度上坡面风化过程的基本特征。目前CDF的相关研
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抬升-风化假说揭示了青藏高原抬升在晚新生代全球变冷过程中的重要作用,并明确了造山带风化过程在阐述构造-气候相互作用理论中的基础地位。化学风化速率能够与物理侵蚀速率的增加保持同步是抬升-风化假说的重要理论前提,然而这一前提是否在广泛的环境背景下成立尚存在争议。化学损耗分数（CDF）是表征化学风化速率与物理侵蚀速率之间关系的有效指标,能够直接揭示地貌演化尺度上坡面风化过程的基本特征。目前CDF的相关研究存在两方面的争议,一是化学风化在低剥蚀速率区是否均受到供应限制的影响,二是化学风化在高剥蚀速率区是否易达到动力学限制。量化干旱且寒冷的气候背景下CDF在不同剥蚀环境下的变化是解决该争议的关键。青藏高原的隆升扩展过程造就了大量的寒冷或干旱的周缘山地,是深入检验抬升-风化假说的理想地貌单元,然而此类区域目前尚缺乏坡面尺度风化过程的定量研究。鉴于此,本研究聚焦位于青藏高原东北缘的祁连山,首先通过CDF方法量化了祁连山东段西营河流域的坡面风化过程的空间变化规律,并基于气候、地形等环境因子分析探讨了其影响因素;其次基于水化学特征进一步查明了坡面风化作用对流域尺度化学风化的贡献;然后结合宇生核素法估算了坡面的原位土壤生成速率,进而推断了西营河流域坡面总剥蚀速率的背景值;最终结合以往在祁连山中段黑河流域开展的CDF研究,分析并探讨了祁连山化学风化速率与物理侵蚀速率之间关系的变化规律及其控制因素,以此为基础探讨了抬升-风化假说在青藏高原东北缘的适用性。主要结论如下:（1）西营河流域坡面风化壳CDF的研究结果表明,研究坡面化学风化对总剥蚀的贡献率约为24%～70%。CDF的变化不受单一气候（降雨、温度、NDVI）、地形要素（坡度、局地高差）以及岩性差异的主导,而是随着海拔升高呈现先增加后减小的变化趋势,表现出与植被带谱变化较为一致的垂直地带性特征。（2）西营河流域坡面渗流水和河道水均呈现弱碱性特征,各水体中阳离子平均质量浓度从大到小依次为:Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+,阴离子平均质量浓度为:HCO3-＞SO42-＞CO32-＞Cl-,总溶解固体介于71.3～442.7 mg/L之间。基于Gibbs图、Piper三线图和离子组合及比值法的分析结果强调了坡面岩石风化尤其是碳酸盐风化为高海拔地区流域水体溶解质提供了重要来源。（3）西营河流域与黑河流域的CDF汇编结果显示,在青藏高原东北缘的祁连山地区,流域尺度平均的CDF与剥蚀速率没有明显的相关性,CDF仅在低剥蚀速率区(＜450 t?km-2a-1)存在较大波动,而在高剥蚀速率区(＞450 t?km-2a-1)的变化近乎恒定,表明研究区内坡面化学风化符合供应限制情景,化学风化速率能够与物理侵蚀速率的增加保持同步。综上所述,西营河流域坡面尺度的CDF呈现显著的垂直地带性特征,主要受植被带谱空间变化调控,这表明低剥蚀环境下(33.86～138.18 t?km-2a-1)化学风化速率与物理侵蚀速率之间关系受到环境综合因素的强烈调控。基于流域尺度的水化学研究发现的高海拔地区显著的碳酸盐风化作用,同样反映了坡面低温环境对硅酸盐风化的限制。以上研究共同揭示了低剥蚀环境下化学风化极易受到环境因素的干扰,这与流域尺度上平均CDF在低剥蚀速率区的较大波动相吻合。尽管如此,在高剥蚀速率区,CDF的恒常性表明研究区化学风化并未达到动力学限制,这一结果强调了构造在调节化学风化速率方面起主导作用,而研究区干旱且寒冷的环境特征可能提供了一个补偿机制,通过促进冻融过程提高水分在风化壳内的滞留时间来加强近地表风化,进而保证化学风化速率与物理侵蚀速率之间的耦合关系并未随着抬升速率增加而解耦。本文强调了抬升-风化假说的理论前提在青藏高原东北缘干旱与寒冷的环境下依然适用。
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